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C++笔记（面向对象）多重继承 菱形继承

news 2025/11/1 10:29:03

C++中的多重继承（Multiple Inheritance）。这是一个强大但需要谨慎使用的特性。

1. 多重继承的基本语法

cpp

class Base1 {
public:void func1() { cout << "Base1::func1\n"; }
};class Base2 {
public:void func2() { cout << "Base2::func2\n"; }
};// 多重继承：Derived同时继承Base1和Base2
class Derived : public Base1, public Base2 {
public:void derivedFunc() { func1();  // 调用Base1的方法func2();  // 调用Base2的方法}
};int main() {Derived d;d.func1();      // ✅ 来自Base1d.func2();      // ✅ 来自Base2d.derivedFunc();// ✅ 自己的方法
}

2. 多重继承的构造和析构顺序

构造顺序：

  1. 按继承声明顺序构造基类

  2. 按声明顺序构造成员对象

  3. 最后构造派生类自己

析构顺序：完全相反

cpp

#include <iostream>
using namespace std;class Base1 {
public:Base1() { cout << "Base1构造\n"; }~Base1() { cout << "Base1析构\n"; }
};class Base2 {
public:Base2() { cout << "Base2构造\n"; }~Base2() { cout << "Base2析构\n"; }
};class Member {
public:Member() { cout << "Member构造\n"; }~Member() { cout << "Member析构\n"; }
};// 继承声明顺序：Base1 → Base2
class Derived : public Base1, public Base2 {Member mem;  // 成员对象
public:Derived() { cout << "Derived构造\n"; }~Derived() { cout << "Derived析构\n"; }
};int main() {Derived d;return 0;
}

输出结果：

text

Base1构造
Base2构造
Member构造
Derived构造
Derived析构
Member析构
Base2析构
Base1析构

3. 名字冲突与二义性

当多个基类有同名成员时，会产生二义性：

cpp

class Base1 {
public:void show() { cout << "Base1::show\n"; }int value = 100;
};class Base2 {
public:void show() { cout << "Base2::show\n"; }int value = 200;
};class Derived : public Base1, public Base2 {
public:void test() {// show();    // ❌ 错误：二义性，不知道调用哪个show// value = 5; // ❌ 错误：二义性，不知道访问哪个valueBase1::show();  // ✅ 明确指定Base1的showBase2::show();  // ✅ 明确指定Base2的showBase1::value = 10;  // ✅ 明确指定Base1的valueBase2::value = 20;  // ✅ 明确指定Base2的value}
};

4. 使用using声明解决名字冲突

可以在派生类中使用using声明引入特定基类的成员：

cpp

class Derived : public Base1, public Base2 {
public:using Base1::show;   // 引入Base1的showusing Base1::value;  // 引入Base1的valuevoid test() {show();          // ✅ 现在使用Base1的show（因为using声明）value = 50;      // ✅ 使用Base1的valueBase2::show();   // ✅ 仍然可以明确调用Base2的showBase2::value = 60; // ✅ 仍然可以访问Base2的value}
};

菱形继承（Diamond Inheritance）是C++多重继承中一个经典且重要的问题。我们来详细解析它。

1. 什么是菱形继承？

菱形继承指的是一个类从两个父类继承，而这两个父类又共同继承自同一个基类。

cpp

class Animal {
public:int age;
};class Mammal : public Animal {// 包含Animal的成员
};class Bird : public Animal {// 包含Animal的成员  
};class Bat : public Mammal, public Bird {  // 菱形继承// 问题：包含两个Animal子对象！
};

内存布局示意图：

text

Animal/   \
Mammal   Bird\   /BatBat对象在内存中：
+-------------+
| Mammal部分  |
|   Animal    |  <- 第一个Animal子对象
|     age     |
+-------------+
| Bird部分    |
|   Animal    |  <- 第二个Animal子对象  
|     age     |
+-------------+
| Bat自有成员 |
+-------------+

2. 菱形继承的问题

数据冗余和二义性

cpp

Bat bat;
// bat.age = 5;  // ❌ 错误：二义性，不知道访问哪个age
bat.Mammal::age = 3;    // ✅ 明确指定
bat.Bird::age = 4;      // ✅ 明确指定cout << bat.Mammal::age << endl;  // 输出3
cout << bat.Bird::age << endl;    // 输出4
// 两个不同的age！数据冗余

函数调用的二义性

cpp

class Animal {
public:void breathe() { cout << "Animal breathing\n"; }
};class Mammal : public Animal {};
class Bird : public Animal {};  
class Bat : public Mammal, public Bird {};Bat bat;
// bat.breathe();  // ❌ 错误：二义性
bat.Mammal::breathe();  // ✅
bat.Bird::breathe();    // ✅

3. 解决方案：虚继承（Virtual Inheritance）

虚继承可以解决菱形继承中的数据冗余和二义性问题。

cpp

class Animal {
public:int age;void breathe() { cout << "Animal breathing\n"; }
};// 使用虚继承
class Mammal : virtual public Animal {  // 虚继承
};class Bird : virtual public Animal {    // 虚继承  
};class Bat : public Mammal, public Bird {  // 现在只有一个Animal子对象
};

虚继承后的内存布局：

text

Animal (虚基类)/   \
Mammal   Bird\   /BatBat对象在内存中：
+-------------+
| Mammal部分  |
| (虚基类指针)|
+-------------+
| Bird部分    |
| (虚基类指针)|
+-------------+
| Bat自有成员 |
+-------------+
| Animal部分  |  <- 唯一的Animal子对象
|     age     |
+-------------+

4. 虚继承的效果

cpp

Bat bat;
bat.age = 5;           // ✅ 不再有二义性！
bat.breathe();         // ✅ 可以直接调用bat.Mammal::age = 5;   // ✅ 仍然可以，但访问的是同一个age
bat.Bird::age = 5;     // ✅ 同一个agecout << bat.Mammal::age << endl;  // 输出5
cout << bat.Bird::age << endl;    // 输出5（同一个值）

5. 虚继承的构造顺序

虚继承的构造顺序比较特殊：

cpp

#include <iostream>
using namespace std;class Animal {
public:Animal() { cout << "Animal构造\n"; }
};class Mammal : virtual public Animal {
public:Mammal() { cout << "Mammal构造\n"; }
};class Bird : virtual public Animal {
public:Bird() { cout << "Bird构造\n"; }
};class Bat : public Mammal, public Bird {
public:Bat() { cout << "Bat构造\n"; }
};int main() {Bat bat;return 0;
}

输出结果：

text

Animal构造    ← 虚基类最先构造
Mammal构造
Bird构造  
Bat构造

虚继承构造规则：

  1. 虚基类最先构造（即使不在初始化列表中）

  2. 然后按继承声明顺序构造非虚基类

  3. 最后构造派生类自己

6. 虚继承的析构顺序

与构造顺序完全相反：

cpp

~Bat() { cout << "Bat析构\n"; }
~Bird() { cout << "Bird析构\n"; }
~Mammal() { cout << "Mammal析构\n"; }  
~Animal() { cout << "Animal析构\n"; }

输出：

text

Bat析构
Bird析构
Mammal析构
Animal析构

7. 带参数的虚继承构造函数

虚基类的构造由最底层的派生类负责：

cpp

class Animal {int weight;
public:Animal(int w) : weight(w) { cout << "Animal构造\n"; }
};class Mammal : virtual public Animal {
public:Mammal(int w) : Animal(w) { cout << "Mammal构造\n"; }
};class Bird : virtual public Animal {
public:Bird(int w) : Animal(w) { cout << "Bird构造\n"; }
};class Bat : public Mammal, public Bird {
public:// 必须负责虚基类Animal的构造Bat(int w) : Animal(w), Mammal(w), Bird(w) {  // Animal必须在初始化列表中cout << "Bat构造\n";}
};

重要： 即使Mammal和Bird的初始化列表中有Animal(w)，实际执行时只有Bat中的Animal(w)会起作用。

8. 实际应用场景

典型的菱形继承案例：

cpp

// 流类层次
class ios_base { /* 基础功能 */ };class istream : virtual public ios_base { // 输入功能
};class ostream : virtual public ios_base {// 输出功能  
};class iostream : public istream, public ostream {// 输入输出功能
};

人员管理系统：

cpp

class Person {
public:string name;int age;
};class Student : virtual public Person {
public:string studentId;
};class Employee : virtual public Person {
public:string employeeId;
};class TeachingAssistant : public Student, public Employee {// 只有一份Person数据，不会重复
public:TeachingAssistant(const string& n, int a) {name = n;      // ✅ 明确的age = a;       // ✅ 明确的}
};

9. 虚继承的代价

虚继承不是免费的午餐：

  1. 性能开销：通过虚基类指针间接访问

  2. 内存开销：每个虚继承的类需要存储虚基类指针

  3. 构造复杂：最底层派生类负责虚基类构造

  4. 理解成本：代码更复杂，维护难度增加

10. 最佳实践建议

  1. 谨慎使用多重继承，优先考虑组合

  2. 如果必须菱形继承，使用虚继承解决二义性

  3. 保持继承层次简单，避免过深的菱形继承

  4. 明确使用场景：

    • ✅ 接口多重继承（Java风格）

    • ✅ 混入类（Mixin）

    • ❌ 过度复杂的类层次

cpp

// 好的使用：接口继承
class Drawable {  // 接口
public:virtual void draw() = 0;
};class Clickable {  // 接口  
public:virtual void click() = 0;
};class Button : public Drawable, public Clickable {  // 多重接口继承
public:void draw() override { /* 实现 */ }void click() override { /* 实现 */ }
};

总结： 菱形继承通过虚继承解决，但要理解其代价，在确实需要时才使用。

http://www.dtcms.com/a/553720.html

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